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利用煤系高嶺石生產(chǎn)煅燒高嶺土的技術(shù)利用煤系高嶺石生產(chǎn)煅燒高嶺土的技術(shù) 高嶺土，特別是超細(xì)煅燒高嶺土，作為一種非常重要的無(wú)機(jī)非金屬材料，憑借其優(yōu)異的物理性能在造紙工業(yè)中一直占有非常重要的地位。造紙工業(yè)使用的煅燒高嶺土是一種多孔的高白度結(jié)構(gòu)性功能材料，這種材料主要是用于替代價(jià)格昂貴的鈦白粉等高級(jí)顏料。造紙工業(yè)對(duì)煅燒高嶺土的質(zhì)量要求主要表現(xiàn)為對(duì)煅燒高嶺土的粒度、白度及遮蓋力、吸油率、粘濃度、pH值、磨耗值等指標(biāo)的要求。近年來(lái)，英、美等國(guó)已相繼開(kāi)發(fā)并批量生產(chǎn)出一些具有高白度、高細(xì)度并且具有高遮蓋力的名牌產(chǎn)品，其產(chǎn)品白度(F457)與細(xì)度(以-2微米顆粒含量計(jì))均已超過(guò)90%(即通常所稱的“雙90”指標(biāo))，在普通水洗高嶺土市場(chǎng)受重質(zhì)碳酸鈣沖擊而連年萎縮的情況下，市場(chǎng)銷售一派繁榮，令許多廠家競(jìng)相追隨。自八十年代以來(lái)，煤系高嶺土的大量發(fā)現(xiàn)(據(jù)稱遠(yuǎn)景儲(chǔ)量超過(guò)100億噸)，并且由于煤系高嶺土的品質(zhì)高，有害雜質(zhì)極少，使它成為生產(chǎn)造紙涂布級(jí)煅燒高嶺土的理想原料。近年來(lái)，我國(guó)許多部門以“雙90”為目標(biāo)，就利用煤矸石生產(chǎn)造紙涂料級(jí)高嶺土的工藝開(kāi)發(fā)做了一些嘗試并已經(jīng)取得一定進(jìn)展。然 而，目前只有極少數(shù)的企業(yè)能夠生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，大部分企業(yè)由于原料、工藝以及設(shè)備等方面的原因，產(chǎn)品質(zhì)量以及產(chǎn)品成本一直不盡人意。本文擬對(duì)現(xiàn)有的一些工藝過(guò)程做一分析比較，以期從中獲得一些啟示。 一工藝原理 利用煤矸石生產(chǎn)造紙涂布級(jí)高嶺土的工藝主要包括兩個(gè)部分：粉碎超細(xì)過(guò)程與煅燒增白過(guò)程。 粉碎超細(xì)過(guò)程 粉碎超細(xì)過(guò)程是決定高嶺土質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。煤系高嶺土的粉碎超細(xì)屬硬質(zhì)高嶺土粉碎(由5～20mm至40～80μm)超細(xì)(由40～80μm至-10μm或-2μm)。盡管各種設(shè)備的功能、破碎范圍、能耗等不盡相同，但按其破碎粉碎原理可以概括為以下幾種： )擠壓法：由于壓力P作用在兩塊工作面之間的物料粉碎； )沖擊法：由于沖擊力作用使物料粉碎。沖擊力的產(chǎn)生是由于：運(yùn)動(dòng)的工作體對(duì)物料的沖擊；高速運(yùn)動(dòng)的物料向固定的工作面沖擊；高速運(yùn)動(dòng)的物料互相沖擊；高速運(yùn)動(dòng)的工作體向懸空的物料沖擊； )磨剝法：靠運(yùn)動(dòng)的工作面對(duì)物料摩擦?xí)r所施的剪切力，或者靠物料彼此之間摩擦?xí)r的剪切作用而使物料粉碎； 4)劈裂法：物料因楔形工作體的作用而粉碎。 不同型式的粉碎機(jī)粉碎物料的方法各不相同。在一臺(tái)粉碎機(jī)中也不是單純使用一種方法，通常都是由兩種或兩種以上的方法結(jié)合起來(lái)進(jìn)行粉碎的。 現(xiàn)有高嶺土粉碎超細(xì)過(guò)程中粗碎、中碎過(guò)程一般使用以擠壓法或沖擊法為主的粉碎設(shè)備，而超細(xì)過(guò)程所使用的設(shè)備則以磨剝法為主。 煅燒增白過(guò)程 鑒于煤系高嶺土的成巖特性，即其中含有部分有機(jī)質(zhì)，使其原礦白度僅有6～40%，遠(yuǎn)不能滿足造紙工業(yè)對(duì)涂布級(jí)高嶺土的質(zhì)量要求，因而必須采用煅燒脫碳增白工藝過(guò)程。煤系高嶺土中有機(jī)質(zhì)及固定碳在煅燒增白過(guò)程中經(jīng)歷如下反應(yīng)： (m 1/4n)O2→mCO2 1/2nH2O O2→CO2 以上兩種形式的碳一般在300～800℃間發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)歷一定時(shí)間反應(yīng)便可完成以達(dá)到脫碳的目的。在進(jìn)行加熱的過(guò)程中，高嶺石族礦物熱反應(yīng)歷程見(jiàn)表1。 表1 高嶺石族礦物熱反應(yīng)歷程 溫度℃ 熱反應(yīng) ～110 脫除物理水 ～800 脫除結(jié)構(gòu)水，形成偏高嶺土 偏高嶺土發(fā)生晶形轉(zhuǎn)化，形成鋁硅尖晶石 鋁硅尖晶石轉(zhuǎn)化為擬莫來(lái)石 擬莫來(lái)石轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊?lái)石 其中形成莫來(lái)石及方石英的溫度在1000℃以上。為了避免形成有害礦物晶形(莫來(lái)石和方石英)，在生產(chǎn)造紙級(jí)高嶺土的工藝過(guò)程中，一般控制煅燒溫度在1000℃以下。根據(jù)對(duì)高嶺土質(zhì)量的不同要求，又可分為中溫煅燒高嶺土及高溫煅燒高嶺土兩種產(chǎn)品。 目前的煅燒工藝可以分為成型煅燒工藝及粉體煅燒工藝，且各具特點(diǎn)。 二工藝流程簡(jiǎn)介及特點(diǎn)分析與討論 根據(jù)超細(xì)工藝是采用濕法工藝還是干法工藝以及超細(xì)工藝與煅燒工藝的前后順序，可將生產(chǎn)工藝組合為四種，即(1)先濕法超細(xì)后煅燒工藝(2)先干法超細(xì)后煅燒工藝(3)先煅燒后濕法超細(xì)工藝(4)先煅燒后干法超細(xì)工藝。由于人們對(duì)超細(xì)物料的認(rèn)識(shí)不同，因而在不同的企業(yè)中選用的工藝路線也不盡相同，作者擬對(duì)各不同路線進(jìn)行簡(jiǎn)單分析： )先煅燒后濕法超細(xì)工藝 該工藝的流程框圖為： 原礦→破碎→粉碎→煅燒→濕法超細(xì)→干燥→分散→產(chǎn)品 該工藝的優(yōu)點(diǎn)為：(1)超細(xì)物料量少，由于由高嶺土制成煅燒高嶺土的理論燒失量為1396%，考慮到煅燒過(guò)程中 有機(jī)質(zhì)及固定碳的燃燒及揮發(fā)以及在煅燒工藝過(guò)程中的機(jī)械損失，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中煅燒高嶺土的得率僅80%左右，超細(xì)過(guò)程是一個(gè)消耗能量較多的過(guò)程，由于處理物料量的減少，從一個(gè)側(cè)面降低了能量消耗。(2)超細(xì)后的物料易于烘干分散，由于高嶺土自身的粘性屬性，致使物料在燒前超細(xì)后很難還原成干態(tài)粉料，這樣物料在煅燒過(guò)程中極容易由起初的粘結(jié)變成燒結(jié)，特別是當(dāng)物料中易熔礦物含量較高時(shí)，燒結(jié)情況更為嚴(yán)重，極不利于燒后物料的分散，因而燒后仍需要用超細(xì)設(shè)備再度超細(xì)；而將超細(xì)過(guò)程臵于煅燒過(guò)程之后，則可避免這種情況。這是因?yàn)殪褵邘X土自身已經(jīng)不再具有粘結(jié)性，烘干后極易分散。 該工藝的缺點(diǎn)為：(1)濕法超細(xì)的研磨介質(zhì)較難解決，濕法超細(xì)設(shè)備所選用的研磨介質(zhì)一般為玻璃珠、剛玉球、瓷球或鋯剛玉球，根據(jù)濕法超細(xì)工藝對(duì)研磨介質(zhì)的硬度要求為大于物料硬度3個(gè)等級(jí)，高嶺土在燒前的硬度為3～4，燒后硬度則達(dá)7左右，因而當(dāng)使用以上介質(zhì)為研磨介質(zhì)時(shí)，容易引起較大磨耗，甚至不能完成研磨任務(wù)。當(dāng)磨耗較大時(shí)，則可能因?yàn)橐腚s質(zhì)過(guò)多而使產(chǎn)品的刮刀磨耗值達(dá)不到指標(biāo)。使用價(jià)格昂貴的鋯剛玉球時(shí)，生產(chǎn)成本難以降低。(2)需要高嶺土的質(zhì)量較高，由于煅燒前采用了干法粗碎、中碎過(guò)程，未能有效去除有害雜質(zhì)，致使有害雜質(zhì)如鐵、鈦等直接影響煅燒產(chǎn)品的質(zhì)量(白度)，因此只有使用品位較高的原料進(jìn)行 煅燒，才能達(dá)到比較理想的白度。(3)工藝中需要單獨(dú)的烘干分散設(shè)備來(lái)完成濕法超細(xì)后物料的處理，因而對(duì)烘干設(shè)備有較高的質(zhì)量要求，以防止物料被三次污染。 )先煅燒后干法超細(xì)工藝 該工藝過(guò)程的流程框圖如下： 原礦→破碎→粉碎→煅燒→干法超細(xì)→產(chǎn)品 該工藝的主要優(yōu)點(diǎn)為：工藝流程短；超細(xì)處理物料量少；能耗小。 該過(guò)程的主要缺點(diǎn)為：對(duì)原料質(zhì)量要求高；難以生產(chǎn)出-2μm達(dá)90%的超細(xì)產(chǎn)品；對(duì)超細(xì)設(shè)備的研磨體要求高；只能采用氣流式粉碎機(jī)。 就目前的設(shè)備水平來(lái)說(shuō)，該工藝還不是一種可行的生產(chǎn)工藝，因?yàn)槟壳吧袩o(wú)合適的超細(xì)粉碎機(jī)。 )先干法超細(xì)后煅燒工藝 工藝流程框圖為： 原礦→破碎→粉碎→干法超細(xì)→煅燒→產(chǎn)品 該工藝過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)在于(1)流程短，整個(gè)工藝所需主要設(shè)備不過(guò)三～四臺(tái)，如果選用咸陽(yáng)產(chǎn)超細(xì)設(shè)備，則僅需三臺(tái)設(shè)備，即：破碎機(jī)、超細(xì)粉碎機(jī)、煅燒爐，便于統(tǒng)籌管理、合理調(diào)度；(2)能源利用合理，該工藝過(guò)程將物料超細(xì)過(guò)程臵于煅燒工藝前，避免因破碎燒后物料而消耗較多能量的問(wèn)題。如果采用粉體煅燒工藝，則可看作全干法生產(chǎn)工藝。僅 就工藝而言，能源利用較為合理。 該工藝的不足之處為：(1)產(chǎn)品檔次難以提高，如前所述，目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)干法超細(xì)設(shè)備能夠生產(chǎn)造紙行業(yè)所需粒度為-2μm達(dá)90%的超細(xì)產(chǎn)品，因而可能由于最終產(chǎn)品的粒子較粗，導(dǎo)致產(chǎn)品的粒度、刮刀磨耗、粘濃度等指標(biāo)達(dá)不到造紙行業(yè)對(duì)刮刀涂布級(jí)高嶺土的質(zhì)量要求；(2)對(duì)產(chǎn)品中的易熔礦物含量有嚴(yán)格要求，為了避免物料在高嶺土合理煅燒溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)燒結(jié)、粘結(jié)等情況，必須嚴(yán)格控制原礦中K、Na、Ca、Mg、Fe、Cl、S等成分的含量，以避免形成低共熔物。因?yàn)樵摴に囍胁淮嬖跓笪锪显俜鬯榈沫h(huán)節(jié)。作者認(rèn)為該工藝為利用優(yōu)質(zhì)原料生產(chǎn)低檔次造紙?zhí)盍系墓に�，適合于具有資源優(yōu)勢(shì)但不具備資金實(shí)力的企業(yè)作為起動(dòng)的一種工藝。 )先濕法超細(xì)后煅燒工藝 工藝流程框圖為： 原礦→破碎→粉碎→濕法超細(xì)→烘干→煅燒→還原→產(chǎn)品 該工藝的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)較好地解決了超細(xì)的位臵問(wèn)題。因?yàn)槊合蹈邘X石的硬度在3～5之間，遠(yuǎn)低于煅燒后高嶺土的硬度，因而超細(xì)粉碎所需能耗較低，并且容易選擇研磨介質(zhì)；(2)采用濕法超細(xì)工藝容易使產(chǎn)品粒度達(dá)到-2μm占90%的水平。目前國(guó)內(nèi)外的干法超細(xì)工藝尚不能達(dá)到這一水平； (3)技術(shù)可靠；(4)容易解決除鐵鈦等雜質(zhì)問(wèn)題。 該工藝的主要缺點(diǎn)為(1)工藝流程較長(zhǎng)(2)需要還原過(guò)程。 山西喜迪精細(xì)化工有限公司經(jīng)過(guò)多年的探索，采用先濕法超細(xì)后煅燒的工藝，在國(guó)內(nèi)率先生產(chǎn)出符合造紙工業(yè)要求的煅燒高嶺土，并且將該工藝技術(shù)連同喜迪公司的煅燒技術(shù)轉(zhuǎn)讓山西陽(yáng)泉精銳化工有限公司，使該公司僅用半年時(shí)間進(jìn)行建設(shè)與試生產(chǎn)，便于1998年7月成功地生產(chǎn)出高標(biāo)準(zhǔn)的煅燒高嶺土產(chǎn)品，并于十月通過(guò)省級(jí)鑒定。 三結(jié)論 利用煤系高嶺石生產(chǎn)造紙工業(yè)用涂料級(jí)煅燒高嶺土無(wú)疑是一條合理利用煤矸石的有效途徑。需要注意的是應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y源與資金情況選擇適宜的工藝路線，根據(jù)前面分析，作者認(rèn)為： (1)濕法超細(xì)再煅燒工藝流程較長(zhǎng)，但是對(duì)原料的適應(yīng)性強(qiáng)，產(chǎn)品質(zhì)量能夠滿足造紙工業(yè)的需求； (2)煅燒再濕法超細(xì)工藝一般需要專門配臵烘干設(shè)備與分散設(shè)備，該工藝對(duì)原料的適應(yīng)性較弱，但能生產(chǎn)出造紙工業(yè)需求的產(chǎn)品； (3)干法超細(xì)再煅燒工藝與先煅燒再干法超細(xì)工藝均不能生產(chǎn)出造紙工業(yè)用高嶺土(因?yàn)槌?xì)設(shè)備原因)，對(duì)原料的質(zhì)量要求較高。 河南華冠環(huán)保科技有限公司公司愿以自己在探索中屢次失敗的教訓(xùn)與成功的經(jīng)驗(yàn)與正在進(jìn)行或準(zhǔn)備利用煤系高嶺石生產(chǎn)煅燒高嶺土的同行共享。歡迎各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)與國(guó)內(nèi)外的專家學(xué)者給予指導(dǎo)。
河南華冠環(huán)�？萍加邢薰�在山西境內(nèi)有大量的煅燒高嶺土行業(yè)業(yè)績(jī)，細(xì)度有325、800、1000、1250目， 產(chǎn)量有50-200噸每天產(chǎn)能，可技術(shù)轉(zhuǎn)讓，可出售設(shè)備，產(chǎn)品。 河南華冠環(huán)�？萍加邢薰�專業(yè)致力于資源再利用、高嶺土行業(yè)，生產(chǎn)的回轉(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)率可提高10%以上，產(chǎn)量提高5%～10%，能耗降低20%左右，產(chǎn)能達(dá)到50-500t/d，更加節(jié)能環(huán)保。如有需求，可直接咨詢18637113703(微信同號(hào))，華冠環(huán)�？萍脊緸槟哒\(chéng)服務(wù)，隨時(shí)歡迎前來(lái)參觀! 專業(yè)售后服務(wù)！
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